一种一体式可调节流量有窗靶件系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种一体式可调节流量有窗靶件系统，属于新型核能系统部件。
【背景技术】
[0002]加速器驱动次临界反应堆(AcceleratorDriven Sub-critical System，ADS)是目前嬗变放射性核废料、有效利用核资源及产出核能的有力工具，是裂变核能可持续发展的优先技术途径。ADS系统包含强流质子加速器、液态金属散裂革E和液态金属冷却次临界反应堆3大子系统。散裂靶连接加速器与次临界反应堆，为次临界堆芯提供外源中子，是ADS系统的关键部件。目前，散裂靶主要分为固体靶、液态有窗靶、液态无窗靶。针对固态散裂靶中结构材料的能量移出、散裂材料损伤和靶体结构复杂、庞大等问题和液态无窗散裂靶的不稳定性、无法保证加速器安全运行问题。液态有窗散裂靶具有相对安全、流场稳定、易于更换的特点。
[0003]目前，液态铅铋有窗散裂靶的冷却形式主要分为两种，主回路冷却与独立回路冷却。主回路冷却式散裂靶件具有良好的中子经济性，结构简单易更换，本发明中的铅铋散裂靶采用主回路冷却系统，反应堆面临着随着燃耗加深，靶区和反应堆堆芯之间产生热量不同的问题，散裂靶与反应堆堆芯对冷却剂的需求不同，堆芯内部具有高温高辐照的特点，不适合使用复杂机构来调节流量，本发明结构简单可以解决这个问题。
【发明内容】
[0004]本发明的技术解决方案:克服现有技术的不足，提供一种一体式可调节流量有窗靶件系统，其在满足散裂靶功能性要求的同时，可以提供流量调节功能，满足ADS系统全寿期内的功率带出。
[0005]本发明提供一种一体式可调节流量有窗靶件系统，整个系统位于反应堆堆芯中央，包括质子束管2、靶件外管套3和堆芯支撑板6，靶件外管套3包围位于中心的质子束管2，两者顶端通过法兰固定，并且安装在对顶盖上。堆芯支撑板6位于靶件外管套3底部，靶件外管套3下端插入堆芯支撑板6凹槽中。
[0006]靶件外管套安装在堆顶盖上与质子束管形成一个整体并相对于对顶盖可以旋转。靶件外管套3下端插入堆芯支撑板旋转凹槽8中并可以相对旋转。靶件外管套3底部开有流量调节孔5，上部1900 ± 5mm处开有冷却剂排出口孔I，堆芯支撑板6上开有旋转凹槽8和冷却剂入口孔7，旋转凹槽8用来固定靶件外管套3。
[0007]冷却剂入口孔7:用于为靶提供可供调节的稳定流速的冷却剂。
[0008]流量调节孔5:通过流量调节孔与冷却剂入口孔相对移动来改变孔的面积，从而达到改变冷却剂流量大小的目的。
[0009]散裂靶流道4:由质子束管2与靶件外管套3之间的空间组成，将产生的热量由排出口流出。
[0010]其中，靶件外管套3上流量调节孔5与堆芯支撑板6的冷却剂入口孔7尺寸一致。
[0011]靶件外管套3下端插入堆芯支撑板6的旋转凹槽8中，并且靶件外管套3相对堆芯支撑板6旋转。
[0012]较佳地，冷却剂入口孔7采用圆形开孔，从支撑板圆心到边缘三层分布，每层中心冷却孔半径为40 ± 5mm，第二层均匀分布8个冷却孔，半径为15 ± 5mm第三层均匀分布8个冷却孔，半径为10 ± 5mm。
[0013]本发明与现有技术相比的优点在于:本发明一体式可调节流量有窗靶件系统，在加速器驱动次临界反应堆中，针对主回路冷却有窗靶系统，反应堆面临着随着燃耗加深，靶区和反应堆堆芯之间产生热量不同的问题，散裂靶与反应堆堆芯对冷却剂的需求不同，可以利用具有流量调节装置的有窗靶件系统来合理分配流量来解决这个问题。而现有采用一体式冷却回路的有窗靶系统，无法单独调节散裂靶部分的单独流量，只能通过调节主泵功率调节总体流量大小。而本发明可以通过旋转散裂靶外套管做到单独调节散裂靶的冷却剂流量。本发明的靶流量分配装置结构简单，技术成熟而且制造难度低，非常适合工程应用。
【附图说明】
[0014]图1为有窗靶件结构图；
[0015]图2为有窗靶件局部放大图；
[0016]图3为有窗靶系统框架图；
[0017]图4a为流量调节孔半开状态俯视图；
[0018]图4b为流量调节孔全开状态俯视图。
[0019]1.冷却剂排出口孔，2.质子束管，3.靶件外管套，4.散裂靶流道，5.流量调节孔，6.堆芯支撑板，7.冷却剂入口孔，8.旋转凹槽，9.堆顶盖，10.反应堆堆芯，11.有窗散裂靶，12.堆芯，13.换热器，14.空冷塔，15.给水泵，16.质子加速器，17.铅铋合金，18.冷却水，19.空气。
【具体实施方式】
[0020]如图1所示，本发明包括质子束管2、靶件外管套3和堆芯支撑板6，质子束管2顶部与靶件外管套3顶部通过法兰连接，靶件外管套3安装在堆芯支撑板6的旋转凹槽中。
[0021]如图2所示，本发明的一种一体式可调节流量有窗靶件系统，其整体结构紧凑，可以应用在加速器次临界系统中。质子加速器16产生高能质子束通过堆顶盖9进入堆芯12，由质子束管2进入有窗散裂靶11轰击铅铋合金产生中子，中子进入反应堆堆芯10产生增值和嬗变反应。铅铋合金17从堆芯支撑板6的冷却剂入口孔7进入散裂靶讲质子轰击产生的热量带出，途经堆芯围桶的流量调节孔5进行流量控制、质子束管2与靶件外管套3组成的散裂靶流道4。整个靶件外管套3安装在堆芯支撑板6的旋转凹槽8中，最后通过堆芯围桶上的冷却剂排出口孔I进入堆芯，再由换热器13将冷却剂多余热量带出反应堆经由给水泵15驱动的外冷却回路冷却水18至空冷塔14排到空气19中。
[0022]如图4a和4b所示。通过旋转靶件外管套3来调节进入散裂靶流道4的冷却剂入口面积，从而达到调节冷却剂流量的目的。
[0023]靶件外管套3主要由围桶隔离板、流量分配孔5、冷却剂排出口孔I以及顶部法兰盘组成，围桶隔离板用于分隔反应堆堆芯区和散裂靶靶区。流量调节孔5用于控制进入散裂靶流道4的冷却剂。堆芯支撑板6实际上是一块圆形金属板，用于支撑反应堆堆芯6和靶件外管套3。主要由冷却剂入口孔7、旋转凹槽8和堆芯支撑板6组成。
[0024]所述靶件外管套3可以相对堆芯支撑板6旋转，并且靶件外管套3下端插入堆芯支撑板6的旋转凹槽8中；通过旋转，从而可以改变冷却剂入口面积的大小，达到调节冷却剂流量的目的。
【主权项】
1.一种一体式可调节流量有窗靶件系统，其特征在于:包括质子束管(2)、堆顶盖(9)、靶件外管套⑶和堆芯支撑板(6)，所述质子束管⑵与靶件外管套(3)同心安装，靶件外管套(3)通过顶部法兰固定在堆顶盖(9)上，与质子束管(2)成为一个整体，并相对于对顶盖(9)可以旋转；并且质子束管(2)与靶件外管套(3)之间的空间组成散裂靶流道(4)，散裂靶流道⑷将产生的热量由排出口流出；整个有窗靶件系统位于堆芯(10)圆心部位；堆芯支撑板(6)位于靶件外管套(3)底部，靶件外管套(3)下端插入堆芯支撑板(6)的旋转凹槽(8)中；所述靶件外管套(3)相对堆芯支撑板(6)旋转，通过旋转，改变冷却剂入口面积的大小，达到调节冷却剂流量的目的。
2.根据权利要求1所述的一体式可调节流量有窗靶件系统，其特征在于:所述靶件外管套(3)底部开有流量调节孔(5)，流量调节孔(5)与堆芯支撑板(6)的冷却剂入口孔(7)尺寸上下一一对齐且相一致，通过流量调节孔与冷却剂入口孔相对移动来改变孔的面积，从而达到改变冷却剂流量大小的目的。
3.根据权利要求1所述的一体式可调节流量有窗靶件系统，其特征在于:所述堆芯支撑板(6)上开有旋转凹槽⑶和冷却剂入口孔(7)，旋转凹槽⑶用来固定靶件外管套(3)，冷却剂入口孔(7)用于为靶提供可供调节的稳定流速的冷却剂。
【专利摘要】本发明涉及了一种一体式可调节流量有窗靶件系统，包括靶件外管套、质子束管和堆芯支撑板。靶件外管套包围位于中心的质子束管，顶端通过法兰固定在堆顶盖上形成一个整体相对于堆芯支撑板旋转。在主回路冷却铅铋靶系统中，反应堆功率瞬变的时候，靶需要的冷却流量可能和反应堆不一致，这种情况就需要一种可以随时调节靶冷却剂流量的装置以确保靶的安全性。本发明能够提供一种调节靶冷却剂流量的装置以满足靶冷却需要。
【IPC分类】H05H6-00, G21G1-06
【公开号】CN104733068
【申请号】CN201510128823
【发明人】仇若翔, 何梅生, 柏云清, 宋勇, 黄群英
【申请人】中国科学院合肥物质科学研究院
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年3月23日